【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于室内环境健康领域，特别涉及能够表征在物理化学耦合作用下室内材料中挥发性有机物长期释放机理的有效方法。
技术介绍
1、人的一生约超过85％的时间在建筑室内环境(居住和办公建筑)中度过，建材和家具是室内挥发性有机物(volatile organic compounds，简称vocs)的持续来源，约占观察到的室内vocs总量的90％。室内空气污染会导致一系列呼吸系统和心血管系统疾病。此外某些vocs，特别是苯、甲苯、乙苯、二甲苯和甲醛等，具有致癌或致突变作用，其中国际癌症研究署(iarc)明确指出苯和甲醛被列为a类致癌物。针对一项中国新装修住宅和办公室长期室内甲醛浓度监测的研究表明，多数建筑在通风12个月后仍无法降低至gb/t 18883-2022《室内空气质量标准》设定的安全限值。nature期刊在2023年的一篇文章中指出，亟需开展针对室内空气污染的长期调查，并强调当前在研究长期室内空气污染物暴露对人体健康影响方面存在显著空白，呼吁各界予以重视。以往关于建材和家具释放vocs的研究，多数聚焦于短期释放过程，而忽略了长期释放特性及其对室内空气质量的影响。材料在长时间的释放过程中除了物理扩散外，还包括水解反应等化学反应存在，这使得vocs的释放机理变得更加复杂。另外，温度和湿度显著影响vocs的释放，其中温度升高会显著促进vocs的释放。因此在动态环境因素及化学反应的共同作用下，室内材料在长时间的使用后仍然可能会释放出大量的vocs。因此，研究建材和家具的长期释放机理及其对室内空气质量的影响规律，具有重要的学术意义和广泛
技术实现思路
1、本专利技术的目的：针对当前缺乏室内材料中挥发性有机物(vocs)在物理扩散和化学反应综合作用下的长期释放特性理论研究及表征方法的现状，本专利技术提出了一种简便、创新的表征方法，用于揭示室内材料vocs的长期释放特性。
2、为了实现上述目的，本专利技术设计了一个室内材料的自然老化实验，用于研究其在使用过程vocs的释放随时间的变化。并结合环境舱实验系统同时确定不同老化时间下vocs的三个释放关键参数(初始浓度c0，扩散系数dm，分配系数k)；各老化时间节点测得的关键参数用于综合表征室内材料的长期vocs释放特性。包括如下步骤：
3、1)购买实验材料并将其切割为小样本，将样本的5个不释放vocs的表面用铝箔包裹，以实现与实际使用情况一致的一维释放；然后将制备好的样品置于不锈钢支架上进行自然老化，支架放置在自然通风的室内环境中；
4、2)为了模拟真实的室内环境，老化实验使用的房间在夏季开空调、冬季使用暖气，但并未对室内温度或相对湿度进行严格控制；
5、3)未进行老化实验的样本作为对照组，用保鲜膜和自封袋密封保存于实验室中，用于测量材料在初始状态下的vocs释放关键参数；
6、4)每隔约两至三个月，定期抽取每种材料的多个样本进行参数测定实验；
7、5)在进行参数测定实验之前，必须将样品密封存放一定时间，以确保材料内vocs浓度均匀分布；
8、6)实验开始时，先使用丙酮或酒精清洁环境舱的内壁，然后使用清洁空气将舱内残留的污染物吹净；
9、7)将环境舱内气体温度和相对湿度设为所需值，温度和相对湿度的控制精度分别为±0.5℃和±5％；
10、8)将相同老化时间且内部vocs分布均匀的单面释放样品放入吹扫结束的环境舱中，并密闭环境舱；
11、9)使用在线监测设备直接测量环境舱内vocs浓度，直至舱内材料相与空气相的vocs浓度达到平衡；如果无在线vocs分析设备，则跳过步骤9)，直接进行步骤10)；反之跳过步骤10)和11)；
12、10)在舱内材料相与空气相的vocs浓度达到平衡时，用二硝基苯腙吸附管dnph(针对醛酮类物质)或特纳斯吸附管enax-ta(t针对非醛酮类物质)与高精度采样泵连接在环境舱出气口处，采集气相vocs，用于确定vocs的气相平衡浓度cequ；采样结束后打开高压气瓶，向环境舱通入纯净空气，此时材料开始释放vocs；随后选择适当时间间隔在环境舱的出气口使用dnph或tenax-ta采集vocs气体，在气相vocs浓度基本降低至稳定水平时结束实验；
13、11)用高效液相色谱仪hplc或气相色谱-质谱联用仪gc-ms进行定量分析，获得环境舱内各vocs的逐时浓度ca；
14、12)建立环境舱中室内材料vocs释放过程的物理模型，其中步骤9)对应方程(1)和(3)；步骤10)和11)对应方程(2)和(3)：
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17、该模型中：ca为环境舱内气相vocs浓度，μg/m3；cequ为环境舱内气相vocs平衡浓度，μg/m3；t为释放时间，s；dm为材料中vocs的扩散系数，m2/s；k为材料中voc的分配系数；a为材料表面积，m2；l为材料厚度，m；v为环境舱体积，m3；β＝al/v，表示材料体积与环境舱体积之比；pn和qn为关于dm和k的函数；hm为对流传质系数，m2/s；bim＝hml/dm，为传质毕渥数；
18、13)将实验测试得到的每种vocs的逐时浓度ca和平衡浓度cequ数据结合方程(1)或(2)，并利用粒子群耦合蚁群算法进行非线性拟合，从而获得不同老化时间下材料中vocs的扩散系数dm和分配系数k；然后结合k和公式(3)计算确定初始浓度c0；
19、14)在相同温度下，同一种voc的dm和k随老化时间呈波动变化，而c0随老化时间呈指数下降趋势；将各老化时间下确定的c0进行单指数函数非线性拟合，以确定材料内vocs释放随老化时间的定量变化规律；材料在不同温度和湿度条件下的vocs长期释放特性研究方法相同。
20、本专利技术的特点及效果：
21、本专利技术在材料内部涉及复杂物理扩散和化学反应的vocs长期释放领域具有显著优势，解决了现有技术中的瓶颈问题，为研究和控制长时间气态污染物对室内环境及人体健康的影响提供了有效工具。本专利技术设计了一个简易的老化试验，并结合环境舱测试系统，材料内vocs长期释放特性的综合表征。此方法还可扩展应用于不同环境因素(温度和相对湿度)下材料vocs的长时间释放研究，为实现动态环境因素下vocs的长期释放浓度预测和暴露健康研究提供了可靠依据。
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1.一种表征室内材料中挥发性有机物长期释放机理的方法，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种表征室内材料中挥发性有机物...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊建银，王海媚，张瑞，姜芮秀，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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